JP6314991B2 - 3D modeling apparatus and 3D modeling method - Google Patents
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Description
本発明は、三次元造形装置および三次元造形方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus and a three-dimensional modeling method.
三次元の立体物(以下「三次元造形物」)を造形する技術として、ラピッド・プロトタイピング(RP:Rapid Prototyping)と呼ばれる技術が知られている。この技術は、ひとつの三次元造形物の表面を3角形の集まりとして記述したデータ(STL(Standard Triangulated Language)フォーマットのデータ)により、積層方向について薄く切った断面形状を計算し、その形状に従って各層を形成して三次元造形物を造形する技術である。また、三次元造形物を造形する手法としては、溶融物堆積方式(FDM:Fused Deposition Molding)、インクジェット方式、インクジェットバインダ方式、光造形方式(SL:Stereo Lithography)、粉末焼結方式(SLS:Selective Laser Sintering)などが知られている。 A technique called rapid prototyping (RP) is known as a technique for modeling a three-dimensional solid object (hereinafter, “three-dimensional structure”). This technology calculates the cross-sectional shape sliced in the stacking direction based on the data (STL (Standard Triangulated Language) format data) that describes the surface of one 3D structure as a collection of triangles, and each layer is determined according to the shape. Is a technique for forming a three-dimensional structure by forming In addition, as a technique for modeling a three-dimensional structure, a melt deposition method (FDM: Fused Deposition Molding), an ink jet method, an ink jet binder method, an optical modeling method (SL: Stereo Lithography), a powder sintering method (SLS: Selective Molding) Laser Sintering) is known.
インクジェット方式による三次元造形方法としては、例えば、造形ステージに対してインクジェットヘッドから選択的に造形材料(例えば、光硬化性樹脂)を吐出する工程、その表面を平滑化する工程、および当該造形材料を硬化させる工程(光硬化性樹脂の場合は光照射工程)によって一層分の造形材料層(硬化層)を形成し、この造形材料層を複数積層して三次元造形物を造形する技術が提供されている。このような方式によれば、造形材料を微小な液滴として吐出することにより高精細な造形材料層が形成されるため、これを積層することにより高精細な三次元造形物を造形することができる。また、インクジェットヘッドとして、複数の吐出ノズルが配列されたインクジェットヘッド(いわゆるラインヘッド)を使用することによって、大きな三次元造形物であっても比較的短時間で造形できるように工夫がされている。 As a three-dimensional modeling method by an inkjet method, for example, a step of selectively discharging a modeling material (for example, photocurable resin) from an inkjet head to a modeling stage, a step of smoothing the surface, and the modeling material Provides a technology to form a three-dimensional structure by forming a layer of modeling material (cured layer) for one layer by the process of curing (a light irradiation process in the case of a photocurable resin) Has been. According to such a method, since a high-definition modeling material layer is formed by discharging the modeling material as fine droplets, it is possible to model a high-definition three-dimensional model by laminating them. it can. In addition, by using an inkjet head (so-called line head) in which a plurality of ejection nozzles are arranged as an inkjet head, it has been devised so that even a large three-dimensional model can be modeled in a relatively short time. .
近年、三次元造形物を高精細に造形すること、具体的には600[dpi](1インチ当たり600[ドット]、約42[μm]ピッチ)以上の解像度で造形することが求められている。三次元造形物の積層方向の高解像度化は、造形ステージの降下量あるいはインクジェットヘッドの上昇量(送りピッチ)を小さくしていくことで対応することができる。また、主走査方向(吐出ノズルの配列方向に直交する方向)の高解像度化は、インクジェットヘッドに印加する電圧の周波数(吐出周波数)を高くする、または造形ステージやインクジェットヘッドの走査速度を小さくすることで対応することができる。 In recent years, high-definition modeling of a three-dimensional modeled object, specifically, modeling with a resolution of 600 [dpi] (600 [dot] per inch, approximately 42 [μm] pitch) or more is required. . Increasing the resolution in the stacking direction of the three-dimensional structure can be dealt with by decreasing the amount of lowering of the modeling stage or the amount of increase (feed pitch) of the inkjet head. In addition, increasing the resolution in the main scanning direction (direction perpendicular to the arrangement direction of the discharge nozzles) increases the frequency of the voltage applied to the inkjet head (discharge frequency), or decreases the scanning speed of the modeling stage and inkjet head. It can respond.
また、副走査方向(吐出ノズルの配列方向に平行な方向)の高解像度化は、インクジェットヘッドのノズル解像度を大きくする、すなわちノズルピッチを小さくすることで対応することができる。しかしながら、インクジェットヘッドのノズル解像度を大きくするには限度があり、現在使用されているものはせいぜい100[dpi](1インチ当たり100個のノズル、約0.25[mm]ピッチ)程度である。このため、主走査方向に走査しながら造形材料を吐出する第1動作の終了後に、造形材料の吐出中心位置が重ならないようにノズルピッチ以下で副走査方向に走査する第2動作を行い(つまり、吐出位置をノズル間位置にずらし)、この第1動作および第2動作を繰り返すことによって副走査方向の解像度を高くすることが行われている。 Further, higher resolution in the sub-scanning direction (direction parallel to the arrangement direction of the discharge nozzles) can be dealt with by increasing the nozzle resolution of the inkjet head, that is, by reducing the nozzle pitch. However, there is a limit to increase the nozzle resolution of the inkjet head, and what is currently used is about 100 [dpi] (100 nozzles per inch, about 0.25 [mm] pitch). For this reason, after the end of the first operation of discharging the modeling material while scanning in the main scanning direction, the second operation of scanning in the sub-scanning direction at a nozzle pitch or less is performed so that the discharge center position of the modeling material does not overlap (that is, The ejection position is shifted to the position between nozzles), and the resolution in the sub-scanning direction is increased by repeating the first operation and the second operation.
特許文献1には、プリントヘッド(インクジェットヘッド)におけるオリフィス(吐出ノズル)の配列方向と、当該プリントヘッドの走査方向に所定の角度を持たせることによって、ノズルピッチより狭い間隔で造形材料を吐出できるようにした技術が開示されている。 In Patent Document 1, a molding material can be discharged at an interval narrower than the nozzle pitch by providing a predetermined angle between the arrangement direction of orifices (discharge nozzles) in the print head (inkjet head) and the scanning direction of the print head. Such a technique is disclosed.
しかしながら、三次元造形物の高解像度化を図るための上記方策は、当該三次元造形物の造形速度を低下させてしまうという問題があった。例えば、上記第1動作および第2動作を繰り返すことによって副走査方向の高解像度化を図る場合には、造形材料の吐出回数を増やす必要があり、その吐出回数を増やした分だけ三次元造形物の造形速度を低下させてしまう。 However, the above-described measures for increasing the resolution of a three-dimensional structure have a problem of reducing the modeling speed of the three-dimensional structure. For example, in order to increase the resolution in the sub-scanning direction by repeating the first operation and the second operation, it is necessary to increase the number of times the modeling material is discharged, and the three-dimensional structure is increased by the number of times the discharge is increased. Will reduce the modeling speed.
本発明の目的は、三次元造形物の造形速度を低下させることなく、当該三次元造形物の高解像度化を図ることが可能な三次元造形装置および三次元造形方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a 3D modeling apparatus and a 3D modeling method capable of increasing the resolution of the 3D model without reducing the modeling speed of the 3D model.
本発明に係る三次元造形装置は、
造形材料からなる造形材料層が形成される造形ステージと、
第1の造形材料を吐出する第1吐出ノズルを備え、前記第1吐出ノズルから前記造形ステージに向けて前記第1の造形材料を吐出して、前記造形材料層の輪郭を第1の解像度で形成する第1形成部と、
前記第1吐出ノズルから吐出される前に前記第1の造形材料を加熱する加熱部と、
第2の造形材料を塗布する塗布ローラーを使用することによって前記造形ステージに向けて当該第2の造形材料を供給して、前記輪郭の内部を前記第1の解像度より低い第2の解像度で形成する第2形成部と、
前記造形ステージに供給された前記第1及び第2の造形材料に光を照射する光照射装置と、を備え、
前記第1及び第2の造形材料は、光硬化性を有する造形材料であり、
前記第1の造形材料は、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有し、
前記第1形成部は、前記加熱部により加熱されてゾル状態となった前記第1の造形材料を吐出し、
前記第1及び第2形成部から前記造形ステージ上に前記第1及び第2の造形材料を供給し、前記造形ステージに供給された前記第1及び第2の造形材料に光を照射して当該第1及び第2の造形材料を硬化させて造形材料層を形成して積層し、三次元造形物を造形する。
本発明に係る三次元造形装置は、
造形材料からなる造形材料層が形成される造形ステージと、
第1の造形材料を吐出する第1吐出ノズルを備え、前記第1吐出ノズルから前記造形ステージに向けて前記第1の造形材料を吐出して、前記造形材料層の輪郭を第1の解像度で形成する第1形成部と、
前記第1吐出ノズルから吐出される前に前記第1の造形材料を加熱する加熱部と、
前記造形ステージに向けて第2の造形材料を供給して、前記輪郭の内部を前記第1の解像度より低い第2の解像度で形成する第2形成部と、
前記造形ステージに供給された前記第1及び第2の造形材料に光を照射する光照射装置と、を備え、
前記第1及び第2の造形材料は、光硬化性を有する造形材料であり、
前記第1の造形材料は、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有し、
前記第1形成部は、前記加熱部により加熱されてゾル状態となった前記第1の造形材料を吐出し、
前記第2形成部は、供給した前記第2の造形材料を平坦化する平坦化部と、前記平坦化部により平坦化された当該第2の造形材料を硬化させるための硬化処理を行う硬化部とを有し、
前記第1及び第2形成部から前記造形ステージ上に前記第1及び第2の造形材料を供給し、前記造形ステージに供給された前記第1及び第2の造形材料に光を照射して当該第1及び第2の造形材料を硬化させて造形材料層を形成して積層し、三次元造形物を造形する。
The three-dimensional modeling apparatus according to the present invention is
A modeling stage on which a modeling material layer made of modeling material is formed;
A first discharge nozzle that discharges the first modeling material is provided, the first modeling material is discharged from the first discharge nozzle toward the modeling stage, and the contour of the modeling material layer is defined at a first resolution. A first forming part to be formed;
A heating unit for heating the first modeling material before being discharged from the first discharge nozzle;
The second modeling material is supplied toward the modeling stage by using an application roller that applies the second modeling material, and the inside of the contour is formed at a second resolution lower than the first resolution. A second forming part to be
A light irradiation device for irradiating the first and second modeling materials supplied to the modeling stage with light,
The first and second modeling materials are modeling materials having photocurability,
The first modeling material has a sol-gel phase transition temperature higher than room temperature,
The first forming unit discharges the first modeling material heated to the sol state by the heating unit,
The first and second modeling materials are supplied from the first and second forming units onto the modeling stage, and the first and second modeling materials supplied to the modeling stage are irradiated with light. A 1st and 2nd modeling material is hardened, a modeling material layer is formed and laminated | stacked, and a three-dimensional modeling thing is modeled.
The three-dimensional modeling apparatus according to the present invention is
A modeling stage on which a modeling material layer made of modeling material is formed;
A first discharge nozzle that discharges the first modeling material is provided, the first modeling material is discharged from the first discharge nozzle toward the modeling stage, and the contour of the modeling material layer is defined at a first resolution. A first forming part to be formed;
A heating unit for heating the first modeling material before being discharged from the first discharge nozzle;
A second forming unit for the supplying the second molding material toward the modeling stage, to form the inside of the contour by the lower than the first resolution a second resolution,
A light irradiation device for irradiating the first and second modeling materials supplied to the modeling stage with light,
The first and second modeling materials are modeling materials having photocurability,
The first modeling material has a sol-gel phase transition temperature higher than room temperature,
The first forming unit discharges the first modeling material heated to the sol state by the heating unit,
The second forming unit includes a planarizing unit that planarizes the supplied second modeling material, and a curing unit that performs a curing process for curing the second modeling material planarized by the planarizing unit. And
The first and second modeling materials are supplied from the first and second forming units onto the modeling stage, and the first and second modeling materials supplied to the modeling stage are irradiated with light. A 1st and 2nd modeling material is hardened, a modeling material layer is formed and laminated | stacked, and a three-dimensional modeling thing is modeled.
本発明に係る三次元造形方法は、
造形ステージに向けて第1の造形材料を吐出することによって、造形材料層の輪郭を第1の解像度で形成し、
第2の造形材料を塗布する塗布ローラーを使用して、前記造形ステージに向けて当該第2の造形材料を供給することによって、前記輪郭の内部を前記第1の解像度より低い第2の解像度で形成し、
前記第1及び第2の造形材料は、光硬化性を有する造形材料であり、
前記第1の造形材料は、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有し、
加熱されてゾル状態となった前記第1の造形材料を吐出し、前記造形ステージに供給された前記第1及び第2の造形材料に光を照射して当該第1及び第2の造形材料を硬化させて造形材料層を形成して積層し、三次元造形物を造形する。
本発明に係る三次元造形方法は、
造形ステージに向けて第1の造形材料を吐出することによって、造形材料層の輪郭を第1の解像度で形成し、
前記造形ステージに向けて第2の造形材料を供給することによって、前記輪郭の内部を前記第1の解像度より低い第2の解像度で形成し、
供給された前記第2の造形材料を平坦化し、
平坦化された前記第2の造形材料を硬化させるための硬化処理を行い、
前記第1及び第2の造形材料は、光硬化性を有する造形材料であり、
前記第1の造形材料は、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有し、
加熱されてゾル状態となった前記第1の造形材料を吐出し、前記造形ステージに供給された前記第1及び第2の造形材料に光を照射して当該第1及び第2の造形材料を硬化させて造形材料層を形成して積層し、三次元造形物を造形する。
The three-dimensional modeling method according to the present invention is:
By discharging the first modeling material toward the modeling stage, the contour of the modeling material layer is formed at the first resolution,
By supplying the second modeling material toward the modeling stage using an application roller that applies the second modeling material, the inside of the contour is at a second resolution lower than the first resolution. Forming,
The first and second modeling materials are modeling materials having photocurability,
The first modeling material has a sol-gel phase transition temperature higher than room temperature,
The first modeling material heated to a sol state is discharged, the first and second modeling materials supplied to the modeling stage are irradiated with light, and the first and second modeling materials are irradiated. A modeling material layer is formed by curing and laminated to form a three-dimensional modeled object.
The three-dimensional modeling method according to the present invention is:
By discharging the first modeling material toward the modeling stage, the contour of the modeling material layer is formed at the first resolution,
By supplying a second modeling material toward the modeling stage, the inside of the contour is formed at a second resolution lower than the first resolution,
Planarizing the supplied second modeling material,
Performing a curing process for curing the planarized second modeling material,
The first and second modeling materials are modeling materials having photocurability,
The first modeling material has a sol-gel phase transition temperature higher than room temperature,
The first modeling material heated to a sol state is discharged, the first and second modeling materials supplied to the modeling stage are irradiated with light, and the first and second modeling materials are irradiated. A modeling material layer is formed by curing and laminated to form a three-dimensional modeled object.
本発明によれば、三次元造形物の見栄えに影響するため高解像度化が必要な造形材料層の輪郭は、当該輪郭の内部より高解像度で形成される一方、当該見栄えに影響しないため高解像度化が不要な当該輪郭の内部は、当該輪郭より速い形成速度で形成される。これにより、造形材料層の形成速度を低下させることなく、当該造形材料層の高解像度化を図ることができ、ひいては三次元造形物の造形速度を低下させることなく、当該三次元造形物の高解像度化を図ることができる。 According to the present invention, the contour of the modeling material layer that requires higher resolution in order to affect the appearance of the three-dimensional structure is formed at a higher resolution than the inside of the contour, while it does not affect the appearance. The inside of the contour that does not need to be formed is formed at a faster forming speed than the contour. As a result, it is possible to increase the resolution of the modeling material layer without reducing the formation speed of the modeling material layer, and as a result, without increasing the modeling speed of the three-dimensional structure, Resolution can be improved.
以下、第1の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、第1の実施の形態に係る三次元造形装置100の構成を概略的に示す図である。図2は、第1の実施の形態に係る三次元造形装置100の制御系の主要部を示す図である。図1、2に示す三次元造形装置100は、造形ステージ140上に第1の造形材料(「モデル材」ともいう)からなる造形材料層を順に積層形成することによって、三次元造形物200を造形する。造形対象物がオーバーハングする部分(張り出し部分)を有している場合等には、モデル材の外側に第2の造形材料(「サポート材」ともいう)を、モデル材に接するように配置して造形材料層を順に形成して積層し、三次元造形物200の造形が完了するまでモデル材のオーバーハング部分を支持したり、モデル材を覆わせたりする。ここでは、各造形材料として光硬化性樹脂を用いる場合について説明する。サポート材は、三次元造形物200の造形が完了した後に、ユーザーによって除去される。なお、図1においては、理解を容易にするため、サポート材に相当する部分は破線で示してある。Hereinafter, a first embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a three-
三次元造形装置100は、制御部110、造形材料層形成部120、移動機構130、造形ステージ140、表示部145およびデータ入力部150を備えている。三次元造形装置100には、コンピューター装置155が接続されている。
The three-
データ入力部150は、造形対象物の3Dデータ(CADデータやデザインデータなど)を、造形対象物を設計するための、あるいは、三次元測定機を用いて実物を測定して得られた三次元情報に基づいて造形用のデータを生成するためのコンピューター装置155から取得し、制御部110に出力する。CADデータやデザインデータには、造形対象物の形状だけに限らず、造形対象物の表面の一部または全面および内部におけるカラー画像情報が含まれている場合もある。なお、3Dデータを取得する方法は特に限定されず、有線通信や無線通信、Bluetooth(登録商標)などの短距離無線通信を利用して取得しても良いし、USB(Universal Serial Bus)メモリなどの記録媒体を利用して取得しても良い。また、この3Dデータは、当該3Dデータを管理および保存するサーバーなどから取得しても良い。
The
制御部110は、CPU(Central Processing Unit)などの演算手段を有しており、データ入力部150から出力された3Dデータに基づいて、三次元造形物を造形するための造形材料層毎のデータ(以下、「スライスデータ」と称する)を再構築する。また、制御部110は、三次元造形物200の造形動作中、三次元造形装置100全体の動作を制御する。例えば、造形材料を所望の場所に吐出するための機構制御情報を移動機構130に対して出力するとともに、造形材料層形成部120に対してスライスデータを出力する。すなわち、制御部110は、造形材料層形成部120と移動機構130とを同期させて制御する。
The
表示部145は、使用者に認識させるべき各種の情報やメッセージを表示する。
The
造形材料層形成部120は、第1形成部122および第2形成部124を備える。第2形成部124は、図1に示すように、吐出部124Aおよび硬化部124Bを有する。第1形成部122、吐出部124Aは、それぞれ水平面内において互いに直交するx方向及びy方向に自在に移動するキャリッジとして動作する筐体123、125を備えている。硬化部124Bは、y方向に移動するキャリッジとして動作する筐体126を備えている。
The modeling material
造形ステージ140は、造形材料層形成部120の下方に配置される。造形ステージ140には造形材料層形成部120によって造形材料層が形成され、この造形材料層が積層されることにより三次元造形物200が造形される。
The
第1形成部122は、図3に示すように、インクジェット方式の吐出ヘッド160および光照射装置162を筐体123の内部に備える。吐出ヘッド160は、造形材料の液滴170を選択的に吐出する吐出ノズル(第1吐出ノズル)161を有する。本実施の形態では、吐出ノズル161の先端部付近において、当該吐出ノズル161の詰まり(すなわち、ノズル内に異物が付着するなどして、吐出ノズルから液滴170が吐出されていない、又は、吐出が不完全であること)を検知する詰まり検知部164が設けられている。詰まり検知部164は、吐出ノズルから吐出された液滴170を帯電させる円筒型電極164aと、帯電した液滴170が通過する円筒型誘電電極164bとを有する。制御部110は、帯電した液滴170が円筒型誘電電極164bを通過する際に生じる誘導電流の測定結果に基づいて、吐出ノズルの詰まりを検知する(例えば、特開昭59−120464号公報を参照)。なお、吐出ノズルの詰まりを検知する別の方法としては、例えば特開2005−35309号公報に記載の方法、すなわち液滴の吐出方向と交差する方向に光線を形成し、吐出された液滴が当該光線を遮ったか否かを検査することにより吐出ノズルの詰まりを検知する方法を用いることができる。三次元造形に先だって、吐出ノズル161の詰まりを検知する検知ステップを設けることで、不完全な造形物が形成され、造形材料を無駄に消費することが防止される。
As shown in FIG. 3, the first forming
吐出ヘッド160は、造形材料層が形成されたときに輪郭となる部位をなぞるように、水平面内において互いに直交するx方向およびy方向に移動しながら、造形ステージ140に向けて吐出ノズルから造形材料の液滴170を吐出する。ここで、輪郭とは、造形される三次元造形物200をその外側から見た場合に視認可能な形状である。これにより、造形ステージ140上の所望の領域に造形材料層の輪郭が形成される。なお、吐出ヘッド160は、造形材料層の輪郭をなぞるように1周しながら液滴170を吐出しても良いし、当該輪郭をなぞるように複数回の周回を行いながら液滴170を吐出しても良い。
The
本実施の形態では、吐出ヘッド160が有する吐出ノズル161のノズル径を小さくすることによって、造形材料層の輪郭を当該輪郭の内部(輪郭によって囲まれている領域)より高い解像度で形成する。ここで、本実施例において、解像度は、単位距離内に存在させ得る液滴の数で表される。造形材料層の輪郭は少ない数(例えば、1個〜数個)の液滴170で描画することができるため、吐出ヘッド160が有する吐出ノズル161の数を少なくすることができる。そのため、吐出ヘッド160に吐出ノズル161の数だけ詰まり検知部164を設けても、第1形成部122の装置規模およびコストを最小限に抑えることができる。したがって、吐出ノズル161のノズル径を小さくすることにより吐出ノズルの詰まりが発生しやすくなったとしても、当該詰まりを詰まり検知部164で確実に検知して、ノズルのセルフクリーニングを実行したり、ノズル詰まりが発生したことを示すメッセージを表示部145に表示して使用者に知らせたりする等の対応を行うことができる。
In the present embodiment, by reducing the nozzle diameter of the
吐出ヘッド160は、造形材料を吐出可能な状態で貯留する。本実施の形態では、吐出ヘッド160として、粘度が5〜15[mPa・s]の範囲で造形材料を吐出できるものが採用されている。造形材料としては、特定波長の光が照射されることにより硬化する光硬化性材料が用いられる。光硬化性材料としては、例えば、紫外線硬化性樹脂が挙げられ、アクリル酸エステルまたはビニルエーテル等のラジカル重合系紫外線硬化性樹脂や、エポキシまたはオキセタン等のモノマーやオリゴマーと、樹脂に応じた反応開始剤としてアセトフェノンやベンゾフェノン等とを組み合わせて使用するカチオン重合系紫外線硬化性樹脂を用いることができる。光硬化性材料は、硬化を進行させ得る特定波長の光を遮光部材やフィルターなどにより遮断しておくことで、吐出可能な状態で貯留することができる。造形材料は、吐出ヘッド160により造形ステージ140上に吐出されて造形材料層を形成する。造形材料層は、光照射による硬化処理が施されることにより半硬化する。ここで、半硬化とは、造形材料層が、層として形状を維持することができる程度の粘度を有するように硬化された状態をいう。次に形成される造形材料層との接着性を十分に確保する観点から、各造形材料層の硬化について光重合反応を完全に終了させずに半硬化状態としておき、次に形成される造形材料層の硬化時に造形材料層間で光重合反応が生じるような状態とすることが好ましい。
The
造形対象物がオーバーハングする部分(張り出し部分)を有している場合や、三次元造形物200の保護などを目的として、その表面を別の材料で覆ったりする場合は、サポート材を吐出する吐出ヘッドを更に設けておくことが好ましい。例えば、図3Cに示すように、第1形成部122の筐体123内部に、第2の吐出ヘッドと第2の光照射装置を設ける構成を採ることができる。この場合、第1の吐出ヘッドからのモデル材としての造形材料の吐出と並行的に第2の吐出ヘッドからサポート材としての造形材料の吐出を行っても良いし、第1の吐出ヘッドからの1層分のモデル材の吐出が完了した後に、吐出されたモデル材に接するようにサポート材を第2の吐出ヘッドから吐出するようにしても良いし、第2の吐出ヘッドからの1層分のサポート材の吐出が完了した後に、吐出されたサポート材に接するようにモデル材を第1の吐出ヘッドから吐出するようにしても良い。
When the modeling object has an overhanging part (overhanging part), or when the surface is covered with another material for the purpose of protecting the three-
光照射装置162は、造形ステージ140に向けて吐出された光硬化性樹脂の液滴に光照射口163から光照射を行うことで硬化処理(光照射処理)を施して、半硬化させる。造形材料が紫外線硬化性材料である場合、光照射装置162として、紫外線(UV)レーザーを放射するUVレーザー照射装置が用いられる。本実施の形態では、制御部110は、吐出ヘッド160から吐出された造形材料の液滴170が造形面172に到達するタイミングで、その到達する液滴170に光(図3中の点線矢印)が照射されるように光照射装置162を制御する。具体的には、予め液滴170の飛翔時間を測定しておき、造形材料の吐出から造形面172への着弾までの時間を見込んで、着弾と同時又は着弾の直後に液滴170に光照射する。あるいは、光照射口163から出射されるレーザーが液滴170の造形面172への着弾部に達するように光照射装置162の取り付け角度を調整しておき、液滴170が造形面172に到達するタイミングを含めて光を照射し続けるようにする。ここで、造形面172は、1層目の造形材料層を形成する場合であれば造形ステージ140の表面であり、N+1層目の造形材料層を形成する場合にはN層目の造形材料層の表面である。液滴170が造形面172に到達するタイミングで、到達した液滴170に光が照射されることにより、液滴170が造形面172上で濡れ広がる前に硬化させることができ、造形材料層の輪郭を高解像度に形成することができる。なお、光照射装置162は、吐出ヘッド160から吐出された液滴170が造形面172に到達するタイミングでのみ光を照射しても良いし、液滴170が造形面172に到達するタイミングを含めて光を照射し続けても良い。
The
吐出部124Aは、図4に示すように、造形面172に向けて吐出ノズル181から造形材料182を吐出する吐出装置180を筐体125の内部に備える。本実施の形態では、吐出装置180は、造形材料182の吐出量を制御可能なディスペンサーであり、造形材料182の吐出と停止とを制御でき、連続的に造形材料182を吐出し得る吐出ノズル(第2吐出ノズル)を有する。吐出装置180は、制御部110の制御を受けて、第1形成部122により造形材料層の輪郭を形成する動作が開始した後に、当該輪郭の内部を埋めるように造形材料182を吐出することによって当該内部を形成する。これにより、吐出装置180が造形材料182を吐出する際、第1形成部122により形成された造形材料層の輪郭が壁となり、造形材料182が当該輪郭の外側にこぼれることを防止することができる。吐出装置180による造形材料182の吐出量は、第1形成部122により形成される造形材料層の輪郭内部の面積と、当該輪郭の高さ(すなわち、造形材料層の一層分の厚さ)とを乗算することにより当該輪郭内部の体積を求めて決定される。本実施の形態では、造形材料182の吐出量は、輪郭の壁からこぼれない程度に、輪郭内部の面積と当該輪郭の高さとを乗算して求められる体積より多い量に決定される。なお、本実施の形態では、輪郭の内部を満たすように造形材料182が供給されるので輪郭の内部は解像性を有していないとみることができる。従って、必然的に、第1形成部122は第2形成部124よりも高い解像度で輪郭を形成し、第2形成部124は第1形成部122よりも低い解像度で輪郭の内部を形成することとなる。
As illustrated in FIG. 4, the
吐出装置180は、造形材料層の輪郭の内部を埋めるように造形材料182を吐出すれば良いため(すなわち、輪郭の内部を形成する際、高い解像度が求められないため)、吐出装置180が有する吐出ノズル181のノズル径は、吐出ヘッド160が有する吐出ノズル161のノズル径より大きい。そのため、吐出装置180が有する吐出ノズル181に詰まりが発生することを防止することができる。また、吐出装置180は、吐出ヘッド160から吐出される液滴より大きい液滴を吐出することができる。すなわち、吐出装置180は、吐出ヘッド160よりも低い解像度で造形を行うことで、吐出ヘッド160よりも速い形成速度で造形材料層の輪郭の内部を形成することができる。つまり、吐出装置180は、吐出ヘッド160よりも短い時間で同じ面積を造形材料182で塗りつぶすことができる。
The
なお、吐出装置180で用いられる造形材料としては、吐出ヘッド160で用いられる造形材料と同じものを用いても良いが、光照射処理を施すための光照射装置194に応じて粘度等が異なる造形材料を用いても良い。また、光照射装置194に応じて、吐出装置180で用いられる造形材料に対して使用する光重合開始剤を変更しても良い。
In addition, as a modeling material used with the
また、サポート材が必要な場合は、上述した第2吐出ノズルからサポート材としての造形材料を吐出しても良いが、造形速度の低下を回避するために、図4Cに示すように、第2形成部124の吐出部124Aに、吐出装置(第1の吐出装置)180と同様に広径の吐出口を持つ第2の吐出装置を設けた構成を採ることができる。この場合、第1の吐出装置180から1層分のモデル材の吐出を完了した後に、吐出されたモデル材に接するようにサポート材を第2の吐出装置から吐出するようにしても良いし、第2の吐出装置からの1層分のサポート材の吐出を完了した後に、吐出されたサポート材に接するようにモデル材を第1の吐出装置から吐出するようにしても良い。
When a support material is necessary, the modeling material as the support material may be discharged from the second discharge nozzle described above. However, in order to avoid a decrease in the modeling speed, as shown in FIG. As in the case of the discharge device (first discharge device) 180, the
硬化部124Bは、図5に示すように、造形材料182を均すための平坦化部としての均しローラー190、掻き取り部材192、掻き取られた造形材料182の回収部材193および造形材料182を硬化させるための硬化部としての光照射装置194を筐体126の内部に備える。均しローラー190、掻き取り部材192および光照射装置194は、この順で図1の手前側から硬化部124Bの内部に配置されている。
As illustrated in FIG. 5, the
均しローラー190は、制御部110の制御下において回転駆動可能であり、吐出装置180により吐出された造形材料182表面に接触して造形材料182の表面を平坦化する。その結果、均一な層厚を有する造形材料層(輪郭および輪郭内部)が形成される。造形材料層の表面が平坦化されることにより、次の造形材料層を精度良く形成して積層することができるので、高精度の三次元造形物200を造形することができる。なお、造形材料182の表面を平坦化するための均し手段として、均しローラー190以外のものを用いても良く、例えばブレード等を用いても良い。
The leveling
掻き取り部材192は、均しローラー190の近傍に設けられたブレードであり、均しローラー190の表面に付着した造形材料を掻き取る。掻き取り部材192によって掻き取られた造形材料182は、吐出ヘッド160(第1形成部122)や吐出装置180(吐出部124A)に供給されて再利用されるものとしても良いし、廃タンクに輸送されるものとしても良い。
The scraping
光照射装置194は、吐出装置180により吐出された光硬化性樹脂からなる造形材料182に硬化処理(光照射処理)を施して、半硬化させる。造形材料が紫外線硬化性材料である場合には、光照射装置194として、紫外線(UV)を放射するUVランプ(本実施の形態では、高圧水銀ランプ)が用いられる。なお、光照射装置194としては、高圧水銀ランプの他に、低圧水銀灯、中圧水銀灯、超高圧水銀灯、カーボンアーク灯、メタルハライドランプ、キセノンランプまたは紫外線LEDランプ等を用いることができる。
The
移動機構130は、第1形成部122および吐出部124Aと造形ステージ140との相対位置を3次元で変化させる。また、移動機構130は、硬化部124Bと造形ステージ140との相対位置を2次元で変化させる。具体的には、移動機構130は、図1に示すように、第1形成部122および吐出部124Aに係合するx方向ガイド132と、x方向ガイド132および硬化部124Bをy方向に案内するy方向ガイド134と、造形ステージ140を鉛直方向であるz方向に案内するz方向ガイド136とを備え、さらに図示しないモーターや駆動リール等からなる駆動機構を備えている。
The moving
移動機構130は、制御部110から出力された機構制御情報に従って図示しないモーターおよび駆動機構を駆動し、第1形成部122および吐出部124Aをx方向およびy方向に自在に移動させる(図1を参照)。なお、移動機構130は、第1形成部122および吐出部124Aの位置を固定し、造形ステージ140をx方向およびy方向に移動させるように構成しても良いし、第1形成部122および吐出部124Aと造形ステージ140の双方を移動させるように構成してもよい。また、移動機構130は、2つのx方向ガイド132を備え、当該2つのx方向ガイド132のそれぞれに第1形成部122および吐出部124Aのそれぞれが係合するように構成しても良い。
The moving
また、移動機構130は、制御部110から出力された機構制御情報に従って、硬化部124Bをy方向に自在に移動させる(図1を参照)。なお、移動機構130は、硬化部124Bの位置を固定し、造形ステージ140をy方向に移動させるように構成しても良いし、硬化部124Bと造形ステージ140の双方を移動させるように構成しても良い。
Further, the moving
本実施の形態では、第1形成部122をx方向およびy方向に自在に移動させるために、第1形成部122の移動を阻害しないように吐出部124Aおよび硬化部124Bを必要に応じて移動させる。また、吐出部124Aをx方向およびy方向に自在に移動させるために、吐出部124Aの移動を阻害しないように第1形成部122および硬化部124Bを必要に応じて移動させる。また、硬化部124Bをy方向に自在に移動させるために、硬化部124Bの移動を阻害しないようにx方向ガイド132を必要に応じてy方向に移動させる。第1形成部122、吐出部124A及び硬化部124Bについて、互いに干渉しないような退避位置をそれぞれ設定しておき、各退避位置へ移動させるようにしても良い。
In the present embodiment, in order to freely move the first forming
また、移動機構130は、制御部110から出力された機構制御情報に従って、造形ステージ140をz方向下方に移動させて造形材料層形成部120と三次元造形物200との間隔を調整する(図1を参照)。すなわち、造形ステージ140は、移動機構130によってz方向に移動可能に構成されており、造形ステージ140上にN(Nは正の整数)層目の造形材料層が形成された後、造形材料層の一層分の厚さに応じた距離(積層ピッチ)だけz方向下方に移動する。そして、造形ステージ140上にN+1層目の造形材料層が形成された後、積層ピッチだけz方向下方に再び移動する。なお、移動機構130は、造形ステージ140のz方向位置を固定し、造形材料層形成部120をz方向上方に移動させても良いし、造形材料層形成部120および造形ステージ140の双方を移動させても良い。
Further, the moving
図6は、造形材料層形成部120が、一層分の造形材料層を形成する動作を概略的に示す図である。より具体的には、N層目の造形材料層205の上に、N+1層目の造形材料層215を形成する動作を示している。図6では、一例として円柱状の造形物を形成する様子を図示している。
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an operation in which the modeling material
図6Aは、造形材料層形成部120によりN層目の造形材料層205が形成された後の様子を示している。この段階で、造形材料層205は、硬化部124Bの光照射装置194からの硬化処理を受けて半硬化している。
FIG. 6A shows a state after the modeling material
図6Bは、第1形成部122の吐出ヘッド160がN+1層目の造形材料層215の輪郭上に移動し、吐出ノズルから造形材料の液滴170を吐出する様子を示している。
FIG. 6B shows a state in which the
図6Cは、第1形成部122の光照射装置162が、吐出ヘッド160から吐出された造形材料の液滴170が造形面(図6Cの例では、N層目の造形材料層205の表面)に到達するタイミングで、その到達した液滴170に光(図6C中の点線矢印)を照射する様子を示している。
6C shows that the
図6Dは、吐出ヘッド160が、N+1層目の造形材料層215の輪郭(円環形状)をなぞるように移動しながら、造形材料の液滴170を吐出する様子を示している。図示していないが、光照射装置162は、吐出ヘッド160と同様に移動しながら、吐出ヘッド160から吐出された造形材料の液滴170に光を照射する。その結果、N層目の造形材料層205上において、N+1層目の造形材料層215の輪郭210が、半硬化した状態で形成される。このように、液滴170が造形面に到達すると直ちに硬化が進むので、輪郭210を所期の形状に保ちやすくなる。また、形状が保たれ得る硬度にまで硬化を進めればよいので、光照射装置162に求められる性能への制約が小さくなる。
FIG. 6D shows a state in which the
図6Eは、第2形成部124の吐出装置180が、造形材料182を供給するために、輪郭210の内部における任意位置(例えば、輪郭210の内部における中心位置)に移動した様子を示している。なお、図6では、吐出装置180が輪郭210の内部における中心位置に位置し続けながら造形材料182を吐出する例について説明するが、吐出装置180は、輪郭210の内部において任意に移動しながら造形材料182を吐出しても良い。
FIG. 6E shows a state where the
図6Fは、吐出装置180から吐出された造形材料182が、輪郭210の内部に少しずつ埋まっていく様子を示している。図6Gは、吐出装置180から吐出された造形材料182が、未硬化状態で輪郭210の内部に埋まりきった様子を示している。ここで、輪郭210を先に形成しておくことで、後から供給する未硬化の造形材料182が輪郭210外に漏れ出すことを確実に防止することができ、表面形状が正確に再現された造形物を得ることができる。
FIG. 6F shows a state in which the
図6Hは、硬化部124Bの均しローラー190が、矢印方向に移動しながら吐出装置180により吐出された造形材料182表面に接触して、造形材料182表面の凹凸を平坦化する様子を示している。
FIG. 6H shows a state in which the leveling
図6Iは、硬化部124Bの光照射装置194が、矢印方向に移動しながら吐出装置180により吐出された造形材料182に光照射処理を施して、硬化を進める様子を示している。なお、各工程で行う処理内容を容易に理解できるようにする都合上、図6においては、均しローラー190と光照射装置194とを分離して図示している。
FIG. 6I shows a state in which the
図6Jは、吐出装置180により吐出された造形材料182の全体に対して光照射装置194が光照射処理を施すことによって、輪郭210および造形材料182(輪郭210の内部)からなるN+1層目の造形材料層215が形成された様子を示している。光照射装置194の光の波長域を、輪郭210及び内部の造形材料の双方の硬化を行い得るものとしておくと、光照射装置194の照射で一括して全ての造形材料の硬化を進められるので好ましい。
FIG. 6J shows that the
以上詳しく説明したように、第1の実施の形態では、三次元造形装置100は、造形ステージ140に向けて造形材料を吐出することによって造形材料層の輪郭210を第1の解像度で形成する第1形成部122と、造形ステージ140に向けて造形材料を吐出することによって輪郭210の内部を第1の解像度より低い第2の解像度で形成する第2形成部(吐出部124Aおよび硬化部124B)とを備える。
As described above in detail, in the first embodiment, the
このように構成した第1の実施の形態によれば、三次元造形物200の見栄えに影響するため高解像度化が必要な造形材料層の輪郭210は、当該輪郭210の内部より高解像度で形成される一方、当該見栄えに影響しないため高解像度化が不要な当該輪郭210の内部は当該輪郭210より速い形成速度で形成される。これにより、造形材料層の形成速度を低下させることなく、当該造形材料層の高解像度化を図ることができ、ひいては三次元造形物200の造形速度を低下させることなく、三次元造形物200の高解像度化を図ることができる。
According to the first embodiment configured as described above, the
なお、上記実施の形態では、三次元造形物200の造形に用いられる造形材料は、光硬化性を有する造形材料である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、造形材料に熱硬化性材料を用い、抵抗発熱体等により発熱する加熱部が、当該造形材料を加熱することによって硬化処理を行うようにしても良い。造形材料に熱硬化性材料を用いた場合にも、「発明が解決しようとする課題」において説明したような問題、すなわち三次元造形物200の高解像度化を図るための方策は、当該三次元造形物200の造形速度を低下させてしまうという問題が発生するからである。造形材料に熱硬化性材料を用いる場合には、光重合開始剤の代わりに熱重合開始剤を使用し、硬化部124Bは、光照射装置194の代わりにヒーター等を備えた加熱部を設ける。
In addition, although the modeling material used for modeling of the three-
また、上記実施の形態では、造形材料層215の輪郭210を形成する動作の開始後に、輪郭210の内部を形成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、輪郭210の内部を形成する動作の開始後に、造形材料層215の輪郭210を形成しても良い。また、造形材料層215の輪郭210を形成する動作と輪郭210の内部を形成する動作とが同時に行われるようにしても良い。この場合、ある程度輪郭210が形成されてから内部の形成動作を開始し、内部への造形材料の供給が完了する前に輪郭210の形成を終了しておくことが好ましい。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which forms the inside of the
以下、第2の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図7は、第2の実施の形態に係る三次元造形装置100の構成を概略的に示す図である。図7に示すように、造形材料層形成部120は、図1の吐出部124Aおよび硬化部124Bの代わりに、第2形成部124を備えている。なお、第1の実施の形態における各部構成と同様のものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
Hereinafter, a second embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of the three-
第2形成部124は、図8に示すように、図5の均しローラー190、掻き取り部材192、回収部材193および光照射装置194の他に、インクジェット方式の吐出ヘッド220を筐体127の内部に備える。吐出ヘッド220、均しローラー190、掻き取り部材192および光照射装置194は、この順で図7の手前側から第2形成部124の内部に配置されている。
As shown in FIG. 8, the second forming
吐出ヘッド220は、図8Bに示すように、長手方向(x方向)に列状に配列された複数の吐出ノズルを有する。このような吐出ヘッド220としては、従来公知の画像形成用の吐出ヘッドが用いられる。なお、複数の吐出ノズルは、列状に配列されていれば良く、直線状に並んでいても良いし、ジグザグ配列で全体として直線状になるように並んでいても良い。
As shown in FIG. 8B, the
吐出ヘッド220は、長手方向に直交する副走査方向に移動しながら、造形ステージ140に向けて複数の吐出ノズルから造形材料の液滴222を並列的かつ選択的に吐出する。吐出ヘッド220は、制御部110の制御を受けて、第1形成部122により造形材料層の輪郭を形成する動作が開始した後に、当該輪郭の内部を埋めるように液滴222を吐出することによって当該内部を形成する。
The
吐出ヘッド220は、造形材料層の輪郭の内部を埋めるように液滴222を吐出すれば良いため(すなわち、輪郭の内部を形成する際、高い解像度が求められないため)、吐出ヘッド220が有する吐出ノズル221のそれぞれのノズル径は、吐出ヘッド160が有する吐出ノズルのノズル径より大きい。そのため、吐出ヘッド220が有する吐出ノズル221に詰まりが発生することを防止することができる。また、吐出ヘッド220は、吐出ヘッド160から吐出される液滴より大きい液滴を吐出することができる。すなわち、吐出ヘッド220は、輪郭の内部を輪郭よりも低い解像度で造形することで、吐出ヘッド160より速い形成速度で造形材料層の輪郭の内部を形成することができる。つまり、吐出ヘッド220は、吐出ヘッド160よりも短い時間で同じ面積を造形材料で塗りつぶすことができる。
The
なお、サポート材が必要な場合は、図8Cに示すように、第2形成部124に、吐出ヘッド(第1の吐出ヘッド)220と同様に広径の吐出口を持つ第2の吐出ヘッドを設けた構成を採ることができる。この場合、第1の吐出ヘッド220からの1層分のモデル材の吐出を完了した後に、吐出されたモデル材に接するようにサポート材を第2の吐出ヘッド220から吐出するようにしても良いし、第2の吐出ヘッド220からの1層分のサポート材の吐出を完了した後に、吐出されたサポート材に接するようにモデル材を第1の吐出ヘッド220から吐出するようにしても良い。また、各造形材料(モデル材、サポート材)を並列的に第1および第2の吐出ヘッド220からそれぞれ吐出するようにしても良い。
When a support material is required, as shown in FIG. 8C, a second discharge head having a wide-diameter discharge port is formed in the second forming
均しローラー190は、吐出ヘッド220により吐出された液滴222の表面に接触して液滴222の表面を平坦化する。その結果、均一な層厚を有する造形材料層(輪郭および輪郭内部)が形成される。掻き取り部材192は、均しローラー190の近傍に設けられたブレードであり、均しローラー190の表面に付着した造形材料を掻き取る。光照射装置194は、吐出ヘッド220により吐出された光硬化性樹脂の液滴222に硬化処理(光照射処理)を施して、半硬化させる。
The leveling
移動機構130は、第2形成部124と造形ステージ140との相対位置を2次元で変化させる。具体的には、移動機構130は、図7に示すように、第1形成部122に係合するx方向ガイド132と、x方向ガイド132および第2形成部124をy方向に案内するy方向ガイド134と、造形ステージ140をz方向に案内するz方向ガイド136とを備え、さらに図示しないモーターや駆動リール等からなる駆動機構を備えている。
The moving
移動機構130は、制御部110から出力された機構制御情報に従って、第2形成部124をy方向に自在に移動させる(図7を参照)。なお、移動機構130は、第2形成部124の位置を固定し、造形ステージ140をy方向に移動させるように構成しても良いし、第2形成部124と造形ステージ140の双方を移動させるように構成しても良い。
The moving
本実施の形態では、第1形成部122をx方向およびy方向に自在に移動させるために、第1形成部122の移動を阻害しないように第2形成部124を必要に応じてy方向に移動させる。また、第2形成部124をy方向に自在に移動させるために、第2形成部124の移動を阻害しないようにx方向ガイド132を必要に応じてy方向に移動させる。第1形成部122及び第2形成部124について、互いに干渉しないような退避位置をそれぞれ設定しておき、各退避位置へ移動させるようにしても良い。
In the present embodiment, in order to freely move the first forming
図9は、第2形成部124が、造形材料層の輪郭の内部を形成する動作を概略的に示す図である。より具体的には、N層目の造形材料層205の上に、N+1層目の造形材料層225を形成する動作を示している。
FIG. 9 is a diagram schematically illustrating an operation in which the second forming
図9Aは、N層目の造形材料層205上において、N+1層目の造形材料層225の輪郭210が、半硬化した状態で形成された後の様子を示している。第2形成部124の吐出ヘッド220は、N+1層目の造形材料層225の輪郭210近傍に移動する。
FIG. 9A shows a state after the
図9Bは、吐出ヘッド220が輪郭210の内部を矢印方向に横断するように移動し、造形材料の液滴222を吐出する様子を示している。吐出ヘッド220による液滴222の吐出動作に続いて、均しローラー190は、矢印方向に移動しながら吐出ヘッド220により吐出された液滴222表面に接触して、液滴222表面の凹凸を平坦化する。
FIG. 9B shows a state in which the
図9Cは、光照射装置194が、矢印方向に移動しながら吐出ヘッド220により吐出された液滴222に光照射処理を施して、硬化を進める様子を示している。なお、各工程で行う処理内容を容易に理解できるようにする都合上、図9においては、吐出ヘッド220及び均しローラー190と光照射装置194とを分離して図示している。
FIG. 9C illustrates a state in which the
図9Dは、吐出ヘッド220により吐出された液滴222の全体に対して光源194が光照射処理を施すことによって、半硬化状態の輪郭210および液滴222(輪郭210の内部)からなるN+1層目の造形材料層225が形成された様子を示している。
FIG. 9D shows an N + 1 layer composed of a
以上のように、第2の実施の形態では、第2形成部124は、吐出ヘッド220、均しローラー190、掻き取り部材192および光照射装置194を備え、y方向に移動しながら、造形材料層の輪郭の内部(液滴222)を形成する動作、液滴222の表面を平坦化する動作および液滴222に硬化処理を施す動作を同時並行的に行う。そのため、第1の実施の形態に比べて、造形材料層形成部120の動作を簡略化することができ、一層分の造形材料層をより速い形成速度で形成することができる。
As described above, in the second embodiment, the second forming
以下、第3の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図10は、第3の実施の形態に係る第2形成部124の構成を示す図である。図10に示すように、第2形成部124は、図8の吐出ヘッド220の代わりに、塗布ローラー230と、塗布ローラー230に向けて造形材料を供給するディスペンサー240と、塗布ローラー230に供給された造形材料を一定の厚みにするブレード250とを備えている。なお、第2の実施の形態における各部構成と同様のものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
Hereinafter, a third embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of the second forming
塗布ローラー230は、制御部110の制御下において回転駆動可能であり、長手方向に直交するy方向に移動しながら、造形ステージ140に向けて塗布ローラー230の表面に形成される液滴232(造形材料)を塗布する。塗布ローラー230は、制御部110の制御を受けて、第1形成部122により造形材料層の輪郭を形成する動作が開始した後に、当該輪郭の内部を埋めるように液滴232を塗布することによって当該内部を形成する。塗布ローラー230の表面に形成される液滴232の厚みは、第1形成部122により形成される輪郭の厚みより厚い。このように構成することで、液滴232の塗布時に、塗布ローラー230が造形材料層の輪郭に接触せず、かつ、塗布ローラー230の表面に形成される液滴232が造形材料層の輪郭の内部表面に接するようにすることができる。
The
なお、塗布ローラー230の表面に形成される液滴232が造形材料層の輪郭に接触した際に、当該輪郭に液滴232が付着することを防止するため、当該輪郭の表面に対して撥インク性を持たせる処理を施すことが好ましい。
In addition, when the
均しローラー190は、塗布ローラー230により塗布された液滴232の表面に接触して液滴232の表面を平坦化する。その結果、均一な層厚を有する造形材料層(輪郭および輪郭内部)が形成される。掻き取り部材192は、均しローラー190の近傍に設けられたブレードであり、均しローラー190の表面に付着した造形材料を掻き取る。光照射装置194は、塗布ローラー230により塗布された光硬化性樹脂の液滴232に硬化処理(光照射処理)を施して、半硬化させる。
The leveling
図11は、塗布ローラー230が、造形材料層の輪郭の内部を形成する動作を概略的に示す図である。より具体的には、N層目の造形材料層205の上に、N+1層目の造形材料層235を形成する動作を示している。
FIG. 11 is a diagram schematically illustrating an operation in which the
図11Aは、N層目の造形材料層205上において、N+1層目の造形材料層235の輪郭210が、半硬化した状態で形成された後の様子を示している。第2形成部124の塗布ローラー230は、N+1層目の造形材料層235の輪郭210近傍に移動する。
FIG. 11A shows a state after the
図11Bは、塗布ローラー230が輪郭210の内部を横断するように移動し、造形材料の液滴232を塗布する様子を示している。図示していないが、塗布ローラー230による液滴232の塗布動作に続いて、均しローラー190は液滴232表面の凹凸を平坦化し、光照射装置194は液滴232に光照射処理を施して半硬化させる。
FIG. 11B shows a state where the
図11Cは、塗布ローラー230により吐出された液滴232の全体に対して光照射装置194が光照射処理を施すことによって、半硬化状態の輪郭210および液滴232(輪郭210の内部)からなるN+1層目の造形材料層235が形成された様子を示している。
FIG. 11C shows a
以上のように、第3の実施の形態では、塗布ローラー230は、造形材料層の輪郭の内部を埋めるように液滴232を塗布することによって当該内部を形成する。塗布ローラー230による単位時間あたりの塗布量は、第2の実施の形態における吐出ヘッド220の単位時間あたりの吐出量より多い。そのため、第2の実施の形態に比べて、造形材料層の輪郭の内部をより速い形成速度で形成することができ、ひいては一層分の造形材料層をより速い形成速度で形成することができる。なお、本実施の形態では、輪郭の内部を塗布ローラー230によって一括して造形材料を塗布するので輪郭の内部は解像性を有していないとみることができる。従って、必然的に、第1形成部122は第2形成部124よりも高い解像度で輪郭を形成し、第2形成部124は第1形成部122よりも低い解像度で輪郭の内部を形成することとなる。
As described above, in the third embodiment, the
なお、上記第1および第2の実施の形態において、吐出ヘッド160から吐出される造形材料として、ゾル−ゲル相転移温度を有する造形材料を使用することが好ましい。例えば、常温(熱したり冷やしたりしない自然な温度)よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有する造形材料を使用することが好ましい。ここで、ゾル−ゲル相転移温度とは、ゾル状態の液体の温度を下げていった場合に、当該液体の粘度の値が500[mPa・s]を超えたところの温度である。粘度の値が500[mPa・s]を超えると、大きさ数十[μm]の液滴は外力を加えない限り流動しない。すなわち、液滴は崩れず、当該液滴の形状を保持しておくことができる。
In the first and second embodiments, it is preferable to use a modeling material having a sol-gel phase transition temperature as the modeling material discharged from the
図12は、ゾル−ゲル相転移温度を有する造形材料について粘度の温度依存性を示す図である。粘度の値は、レオメータMCR300(PaarPhysical社製)を用いて、剪断速度1000[1/s]の条件で測定した値である。図12において、L1は、ゾル−ゲル相転移温度を有しない造形材料について粘度の温度依存性を示している。L2は、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有する造形材料について粘度の温度依存性を示している。 FIG. 12 is a diagram showing temperature dependence of viscosity for a modeling material having a sol-gel phase transition temperature. The value of the viscosity is a value measured using a rheometer MCR300 (manufactured by Paar Physical) under a shear rate of 1000 [1 / s]. In FIG. 12, L1 has shown the temperature dependence of a viscosity about the modeling material which does not have a sol-gel phase transition temperature. L2 indicates the temperature dependence of the viscosity of the modeling material having a sol-gel phase transition temperature higher than normal temperature.
図12に示すように、ゾル−ゲル相転移温度を有しない造形材料(L1)は、温度を下げていくと粘度が線形に上昇していくが、10[℃]付近まで下げても500[mPa・s]を超えることはなく、ゾル状態からゲル状態に相転移しない。一方、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有する造形材料(L2)は、およそ45[℃]付近で粘度の値が500[mPa・s]を超えて、ゾル状態からゲル状態に相転移する。 As shown in FIG. 12, the modeling material (L1) having no sol-gel phase transition temperature has a linear increase in viscosity as the temperature is lowered, but it is 500 [ mPa · s] and does not transition from the sol state to the gel state. On the other hand, the modeling material (L2) having a sol-gel phase transition temperature higher than normal temperature has a viscosity value exceeding 500 [mPa · s] around 45 ° C., and the phase transition from the sol state to the gel state. To do.
上記第1および第2の実施の形態では、吐出ヘッド160は、粘度が5〜15[mPa・s]の範囲で造形材料を吐出することができる。よって、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有する造形材料を使用する場合、吐出ヘッド160を70〜80[℃]に加熱することによって当該造形材料をゾル状態で吐出させることができ、吐出されて着弾した液滴は45[℃]以下まで瞬時に自然冷却されてゾル状態からゲル状態に相転移する。そのため、吐出ヘッド160から吐出された液滴170が造形面172に到達するタイミングで、造形面172上で濡れ広がることを抑制することができる。すなわち、液滴170が造形面172に到達するタイミングで、到達する液滴170に光照射装置162からの光を照射して硬化させる必要がなくなり、光照射装置194から光を照射して硬化させることもできる。このように、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有する造形材料を使用する場合、吐出ヘッド160に貯留される造形材料がゾル状態となっている必要があるため、吐出ヘッド160を加熱する加熱部を設けることが好ましい(図13を参照)。
In the said 1st and 2nd embodiment, the
図13に示す構成では、吐出ヘッド160の外周部には、伝熱部材166を介してヒーター168が設けられている。ヒーター168の出力は、制御部110によって制御される。ヒーター168には、図示しないヒーター電源が接続されている。伝熱部材166は、吐出ヘッド160の吐出ノズル面にまわり込んで設けられている。つまり、伝熱部材166は、ヒーター168からの熱を効率良く、吐出ヘッド160から吐出される造形材料の流路、かつ、吐出ノズル面近傍に伝えることによって、吐出ノズル面近傍の空気を温める。制御部110がヒーター168の出力を制御することにより、吐出ヘッド160は造形材料のゾル−ゲル相転移温度以上に加熱される。これにより、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有する造形材料であっても、吐出ヘッド160から吐出させることができる。
In the configuration shown in FIG. 13, a
また、上記第1〜第3の実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 In addition, the first to third embodiments described above are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention is interpreted in a limited manner. It must not be. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist or the main features thereof.
2013年10月3日出願の特願2013−208327の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、全て本願に援用される。 The disclosure of the specification, drawings, and abstract included in the Japanese application of Japanese Patent Application No. 2013-208327 filed on October 3, 2013 is incorporated herein by reference.
100 三次元造形装置
110 制御部
120 造形材料層形成部
122 第1形成部
124 第2形成部
124A 吐出部
124B 硬化部
130 移動機構
132 x方向ガイド
134 y方向ガイド
136 z方向ガイド
140 造形ステージ
150 データ入力部
155 コンピューター装置
160,220 吐出ヘッド
162,194 光照射装置
164 詰まり検知部
166 伝熱部材
168 ヒーター
170,182,222,232 液滴(造形材料)
172 造形面
180 吐出装置
190 均しローラー
192 掻き取り部材
200 三次元造形物
205,215,225,235 造形材料層
210 輪郭
230 塗布ローラーDESCRIPTION OF
172
Claims (12)
第1の造形材料を吐出する第1吐出ノズルを備え、前記第1吐出ノズルから前記造形ステージに向けて前記第1の造形材料を吐出して、前記造形材料層の輪郭を第1の解像度で形成する第1形成部と、
前記第1吐出ノズルから吐出される前に前記第1の造形材料を加熱する加熱部と、
第2の造形材料を塗布する塗布ローラーを使用することによって前記造形ステージに向けて当該第2の造形材料を供給して、前記輪郭の内部を前記第1の解像度より低い第2の解像度で形成する第2形成部と、
前記造形ステージに供給された前記第1及び第2の造形材料に光を照射する光照射装置と、を備え、
前記第1及び第2の造形材料は、光硬化性を有する造形材料であり、
前記第1の造形材料は、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有し、
前記第1形成部は、前記加熱部により加熱されてゾル状態となった前記第1の造形材料を吐出し、
前記第1及び第2形成部から前記造形ステージ上に前記第1及び第2の造形材料を供給し、前記造形ステージに供給された前記第1及び第2の造形材料に光を照射して当該第1及び第2の造形材料を硬化させて造形材料層を形成して積層し、三次元造形物を造形する三次元造形装置。 A modeling stage on which a modeling material layer made of modeling material is formed;
A first discharge nozzle that discharges the first modeling material is provided, the first modeling material is discharged from the first discharge nozzle toward the modeling stage, and the contour of the modeling material layer is defined at a first resolution. A first forming part to be formed;
A heating unit for heating the first modeling material before being discharged from the first discharge nozzle;
The second modeling material is supplied toward the modeling stage by using an application roller that applies the second modeling material, and the inside of the contour is formed at a second resolution lower than the first resolution. A second forming part to be
A light irradiation device for irradiating the first and second modeling materials supplied to the modeling stage with light,
The first and second modeling materials are modeling materials having photocurability,
The first modeling material has a sol-gel phase transition temperature higher than room temperature,
The first forming unit discharges the first modeling material heated to the sol state by the heating unit,
The first and second modeling materials are supplied from the first and second forming units onto the modeling stage, and the first and second modeling materials supplied to the modeling stage are irradiated with light. A three-dimensional modeling apparatus that cures the first and second modeling materials to form and stack a modeling material layer to model a three-dimensional modeled object.
第1の造形材料を吐出する第1吐出ノズルを備え、前記第1吐出ノズルから前記造形ステージに向けて前記第1の造形材料を吐出して、前記造形材料層の輪郭を第1の解像度で形成する第1形成部と、
前記第1吐出ノズルから吐出される前に前記第1の造形材料を加熱する加熱部と、
前記造形ステージに向けて第2の造形材料を供給して、前記輪郭の内部を前記第1の解像度より低い第2の解像度で形成する第2形成部と、
前記造形ステージに供給された前記第1及び第2の造形材料に光を照射する光照射装置と、を備え、
前記第1及び第2の造形材料は、光硬化性を有する造形材料であり、
前記第1の造形材料は、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有し、
前記第1形成部は、前記加熱部により加熱されてゾル状態となった前記第1の造形材料を吐出し、
前記第2形成部は、供給した前記第2の造形材料を平坦化する平坦化部と、前記平坦化部により平坦化された当該第2の造形材料を硬化させるための硬化処理を行う硬化部とを有し、
前記第1及び第2形成部から前記造形ステージ上に前記第1及び第2の造形材料を供給し、前記造形ステージに供給された前記第1及び第2の造形材料に光を照射して当該第1及び第2の造形材料を硬化させて造形材料層を形成して積層し、三次元造形物を造形する三次元造形装置。 A modeling stage on which a modeling material layer made of modeling material is formed;
A first discharge nozzle that discharges the first modeling material is provided, the first modeling material is discharged from the first discharge nozzle toward the modeling stage, and the contour of the modeling material layer is defined at a first resolution. A first forming part to be formed;
A heating unit for heating the first modeling material before being discharged from the first discharge nozzle;
A second forming unit for the supplying the second molding material toward the modeling stage, to form the inside of the contour by the lower than the first resolution a second resolution,
A light irradiation device for irradiating the first and second modeling materials supplied to the modeling stage with light,
The first and second modeling materials are modeling materials having photocurability,
The first modeling material has a sol-gel phase transition temperature higher than room temperature,
The first forming unit discharges the first modeling material heated to the sol state by the heating unit,
The second forming unit includes a planarizing unit that planarizes the supplied second modeling material, and a curing unit that performs a curing process for curing the second modeling material planarized by the planarizing unit. And
The first and second modeling materials are supplied from the first and second forming units onto the modeling stage, and the first and second modeling materials supplied to the modeling stage are irradiated with light. A three-dimensional modeling apparatus that cures the first and second modeling materials to form and stack a modeling material layer to model a three-dimensional modeled object.
第2の造形材料を塗布する塗布ローラーを使用して、前記造形ステージに向けて当該第2の造形材料を供給することによって、前記輪郭の内部を前記第1の解像度より低い第2の解像度で形成し、
前記第1及び第2の造形材料は、光硬化性を有する造形材料であり、
前記第1の造形材料は、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有し、
加熱されてゾル状態となった前記第1の造形材料を吐出し、前記造形ステージに供給された前記第1及び第2の造形材料に光を照射して当該第1及び第2の造形材料を硬化させて造形材料層を形成して積層し、三次元造形物を造形する三次元造形方法。 By discharging the first modeling material toward the modeling stage, the contour of the modeling material layer is formed at the first resolution,
By supplying the second modeling material toward the modeling stage using an application roller that applies the second modeling material, the inside of the contour is at a second resolution lower than the first resolution. Forming,
The first and second modeling materials are modeling materials having photocurability,
The first modeling material has a sol-gel phase transition temperature higher than room temperature,
The first modeling material heated to a sol state is discharged, the first and second modeling materials supplied to the modeling stage are irradiated with light, and the first and second modeling materials are irradiated. A three-dimensional modeling method that forms a three-dimensional structure by curing and forming a modeling material layer.
前記造形ステージに向けて第2の造形材料を供給することによって、前記輪郭の内部を前記第1の解像度より低い第2の解像度で形成し、
供給された前記第2の造形材料を平坦化し、
平坦化された前記第2の造形材料を硬化させるための硬化処理を行い、
前記第1及び第2の造形材料は、光硬化性を有する造形材料であり、
前記第1の造形材料は、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有し、
加熱されてゾル状態となった前記第1の造形材料を吐出し、前記造形ステージに供給された前記第1及び第2の造形材料に光を照射して当該第1及び第2の造形材料を硬化させて造形材料層を形成して積層し、三次元造形物を造形する三次元造形方法。 By discharging the first modeling material toward the modeling stage, the contour of the modeling material layer is formed at the first resolution,
By supplying a second modeling material toward the modeling stage, the inside of the contour is formed at a second resolution lower than the first resolution,
Planarizing the supplied second modeling material,
Performing a curing process for curing the planarized second modeling material,
The first and second modeling materials are modeling materials having photocurability,
The first modeling material has a sol-gel phase transition temperature higher than room temperature,
The first modeling material heated to a sol state is discharged, the first and second modeling materials supplied to the modeling stage are irradiated with light, and the first and second modeling materials are irradiated. A three-dimensional modeling method that forms a three-dimensional structure by curing and forming a modeling material layer.
前記第1吐出ノズルの詰まりを検知する請求項9〜11の何れか一項に記載の三次元造形方法。 In order to form the contour of the modeling material layer, the first modeling material is discharged from the first discharge nozzle toward the modeling stage,
The three-dimensional modeling method according to claim 9, wherein clogging of the first discharge nozzle is detected.
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